Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
In this study, a batch of indium tin oxide (ITO)/Sn composites with different ratios was obtained based on the principle of thermal evaporation by an electron beam. The crystalline structure, surface shape, and optical characterization of the films were researched using an X-ray diffractometer, an atomic force microscope, a UV-Vis-NIR dual-beam spectrophotometer, and an open-hole Z-scan system. By varying the relative thickness ratio of the ITO/Sn bilayer film, tunable nonlinear optical properties were achieved. The nonlinear saturation absorption coefficient maximum of the ITO/Sn composites is , approximately 21 and 1.72 times more enhanced compared to monolayer ITO and Sn, respectively. Moreover, the improvement of the sample nonlinear performance was verified using finite-difference in temporal domain simulations.
ITO/Sn composite film Z-scan nonlinear absorption characteristic synergistic effect electric field enhancement Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081902
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求,基于对薄膜损伤机制的认识,同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷,系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性,促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度,提出了提升薄膜损伤性能的新途径,创建了新材料,实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备,有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
Tianbao Liu 1,2Meiping Zhu 1,2,3,4,*Wenyun Du 1,2Jun Shi 1,2,3[ ... ]Jianda Shao 1,2,3,4
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Thin Film Optics, Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, China
4 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai, China
5 CREOL, College of Optics and Photonics, University of Central Florida, Orlando, USA
Various coatings in high-power laser facilities suffer from laser damage due to nodule defects. We propose a nodule dome removal (NDR) strategy to eliminate unwanted localized electric-field (E-field) enhancement caused by nodule defects, thereby improving the laser-induced damage threshold (LIDT) of laser coatings. It is theoretically demonstrated that the proposed NDR strategy can reduce the localized E-field enhancement of nodules in mirror coatings, polarizer coatings and beam splitter coatings. An ultraviolet (UV) mirror coating is experimentally demonstrated using the NDR strategy. The LIDT is improved to about 1.9 and 2.2 times for the UV mirror coating without artificial nodules and the UV mirror coating with artificial nodule seeds with a diameter of 1000 nm, respectively. The NDR strategy, applicable to coatings prepared by different deposition methods, improves the LIDT of laser coating without affecting other properties, such as the spectrum, stress and surface roughness, indicating its broad applicability in high-LIDT laser coatings.
coating electric-field enhancement laser-induced damage threshold nodule defect nodule dome removal High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(5): 05000e30
强激光与粒子束
2020, 32(7): 071006
华南师范大学信息光电子科技学院 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
近年来,金属亚波长结构由于在负折射材料方面存在巨大应用价值,及可作为太赫兹波段的光学限制器等器件应用,引起了研究者们的广泛关注。本文采用电子束曝光离子束刻蚀的方法在金膜上制备了亚波长的超大长宽比U型开口矩形谐振器阵列结构,利用时域有限差分方法(FDTD)和太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对U 型阵列结构的太赫兹波透射光谱响应进行了测量和分析,讨论了透过率对结构几何参数的依赖特性和异常透射的物理机制。通过这种 U 型开口谐振器能够实现太赫兹波的强局域和场增强,可将太赫兹波局域在波长千分之一的尺寸上,从而实现了太赫兹的异常透射现象,这种超大长宽比的U 型开口谐振器可在太赫兹探测、太赫兹成像及其他光学器件的设计上得以应用。
太赫兹波U型开口谐振器 时域光谱技术 电场增强 THz wave U-shaped open resonator terahertz time domain spectroscopy technique electric field enhancement
1 兰州理工大学 理学院, 兰州 730050
2 西北师范大学 物理与电子工程学院, 兰州 730070
理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构, 通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442 nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源, 研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱, 得到的该复合结构的最优参数为: 光栅周期312 nm, 厚度90 nm, 银纳米立方体70 nm.在最优参数条件下, 数值模拟了复合结构中的电场增强分布, 介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合, 使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子, 有望应用于表面增强拉曼散射的研究.
介质光栅 银立方体 表面等离子体 电场增强 有限元方法 Dielectric grating Silver cube Surface plasmon Electric field enhancement Finite element method 光子学报
2018, 47(11): 1131001
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
探究了节瘤缺陷平坦化技术中平坦化层(刻蚀层)厚度和种子源尺寸之间的刻蚀规律,同时解释了平坦化技术提高节瘤缺陷的损伤阈值的机制。在双离子束溅射系统中,使用SiO2微球模拟真实的种子源置于基板上,镀制1064 nm HfO2/SiO2高反膜,制备人工节瘤缺陷。对类似于实际种子源的SiO2微球一系列不同刻蚀程度的实验得出了节瘤缺陷平坦化技术的刻蚀规律:只要平坦化层(刻蚀层)的厚度稍大于节瘤缺陷的种子源粒径,就可以将种子源完全平坦化。使用时域有限差分法(FDTD)模拟不同平坦化程度的节瘤缺陷内电场增强的结果与节瘤缺陷的损伤形貌进行对比实验,将损伤形貌和损伤阈值与电场强度分布之间建立联系,表明平坦化技术可以改变节瘤缺陷原有的几何结构,有效抑制节瘤缺陷的电场增强效应。最后,通过对未经平坦化和经过平坦化处理后的节瘤缺陷进行损伤阈值测试,对比结果直接验证了节瘤缺陷平坦化技术可以实现对节瘤缺陷的调控,大幅度提高了节瘤缺陷的损伤阈值。
节瘤缺陷 平坦化 电场增强 损伤阈值 nodular defects planarization electric field enhancement laser-induced damage threshold 强激光与粒子束
2018, 30(9): 092001
1 安徽大学化学化工学院, 合肥 230601
2 中国科学院合肥智能机械研究所, 合肥 230031
我们通过SERS的方法研究了单个金微米片表面不同区域的电磁场增强。首次对单个金属粒子采用拉曼区域成像的方法为电磁场增强提供了直接的实验证据。用结晶紫作为探针分子, 通过对金微米六边形及截断的金微米三角形的SERS研究, 直接证明金属粒子的边和角比面的电磁场增强更强。排除分子吸附、杂质干扰、晶体缺陷、表面活性剂等因素的影响, 最后得出金微米片上电磁场增强的强弱顺序是角>边>面。
表面增强拉曼光谱 电磁场增强 成像 金微米片 surface-enhanced Raman spectroscopy electric field enhancement imaging gold microplate
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
提出并研究了波导内场增强法测量微波气体击穿的实验方案,在密闭波导内加金属针实现电场增强,通过调节微波源辐射功率及两针距离,使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法,进行了频率2.86 GHz、脉宽180 ns的微波在0.1 MPa空气中的击穿实验,分析了实验中得到的典型波形。结果表明实验现象与设计吻合,验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。
微波 气体击穿 场增强 波导 microwave air breakdown electric field enhancement waveguide
1 黔南民族师范学院 物理与电子科学系, 贵州 都匀 558000
2 同济大学 精密光学工程技术研究所物理系, 上海 200092
本文研究了单层膜多模导模共振滤光片的电场增强效应。单层膜导模共振滤光片同时兼具波导和相位匹配功能的物理机制得到了论证。当光栅厚度不断增加将出现多模共振效应, 导致高阶泄漏模电场增强效应的产生。电场增强振幅的最大值反映导模共振滤光片的泄漏程度。通常在同一共振位置处电场增强振幅的最大值越大, 其带宽就越小。
导模共振滤光片 电场增强 多模 guided-mode resonance electric field enhancement multimode